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1、一、基因工程的概念：一、基因工程的概念：又叫做又叫做基因拼接技术基因拼接技术或或DNADNA重组技术重组技术。通。通俗的说，就是按照人们的意愿，把一种生物俗的说，就是按照人们的意愿，把一种生物的某种的某种基因提取基因提取出来，加以出来，加以修饰改造修饰改造，然后，然后放到另一种生物的细胞里，放到另一种生物的细胞里，定向定向地改造生物地改造生物的的遗传性状遗传性状。原理原理操作环境操作环境操作对象操作对象操作水平操作水平基本过程基本过程结果结果基因重组基因重组生物体外生物体外基因基因/DNA分子水平分子水平剪切剪切拼接拼接导入导入表达表达人类需要的基因产物人类需要的基因产物第1页/共39页基因的
2、剪刀基因的剪刀限制性内切酶（简称限制酶）限制性内切酶（简称限制酶）（一）基因操作的工具（一）基因操作的工具 限制酶是在生物体限制酶是在生物体限制酶是在生物体限制酶是在生物体(主要是主要是主要是主要是微生物微生物微生物微生物)内的一种酶，内的一种酶，内的一种酶，内的一种酶，能将外来的能将外来的能将外来的能将外来的DNADNA切断切断切断切断，由于这种切割作用是在，由于这种切割作用是在，由于这种切割作用是在，由于这种切割作用是在DNADNA分子内部进行的，故名限制性内切酶。分子内部进行的，故名限制性内切酶。分子内部进行的，故名限制性内切酶。分子内部进行的，故名限制性内切酶。特点：特点：特点：特点：
3、特异性特异性特异性特异性。即即即即一种一种一种一种限制酶限制酶限制酶限制酶只能识别一种只能识别一种只能识别一种只能识别一种特定的特定的特定的特定的核苷酸序列核苷酸序列核苷酸序列核苷酸序列，并且能在并且能在并且能在并且能在特定的切点特定的切点特定的切点特定的切点上切割上切割上切割上切割DNADNA分子。分子。分子。分子。第2页/共39页基因的剪刀基因的剪刀限制性内切酶（简称限制酶）限制性内切酶（简称限制酶）大肠杆菌大肠杆菌(E.coli)的一种限制酶的一种限制酶能识别能识别GAATTC序列序列，并在，并在G和和A之间切开。之间切开。限制酶限制酶第3页/共39页基因的剪刀基因的剪刀限制性内切酶（简
4、称限制酶）限制性内切酶（简称限制酶）限制限制限制限制酶酶酶酶第4页/共39页什么叫黏性末端？什么叫黏性末端？被限制酶切开的被限制酶切开的DNA两条单链的切口，两条单链的切口，带有几个带有几个伸出的核苷酸伸出的核苷酸，他们之间正好，他们之间正好互互补配对补配对，这样的切口叫，这样的切口叫黏性末端黏性末端。第5页/共39页基因的针线基因的针线DNA连接酶连接酶（二）基因操作的工具（二）基因操作的工具 DNADNA连接酶连接酶连接酶连接酶可把黏性末端可把黏性末端可把黏性末端可把黏性末端之间的缝隙之间的缝隙之间的缝隙之间的缝隙“缝缝缝缝合合合合”起来，即把梯子两边扶手的断口连接起来，起来，即把梯子两边
5、扶手的断口连接起来，起来，即把梯子两边扶手的断口连接起来，起来，即把梯子两边扶手的断口连接起来，这样一个重组的这样一个重组的这样一个重组的这样一个重组的DNADNA分子就形成了。分子就形成了。分子就形成了。分子就形成了。磷酸二酯键磷酸二酯键磷酸二酯键磷酸二酯键第6页/共39页外源基因外源基因(如抗虫基因如抗虫基因)怎样才能导入受体细怎样才能导入受体细胞胞(如棉花细胞如棉花细胞)？（二）基因操作的工具（二）基因操作的工具导入过程需要运输工具导入过程需要运输工具运载体运载体。运载体的作用有哪些？运载体的作用有哪些？作用一作用一作用一作用一：作为运载工具，将外源基因：作为运载工具，将外源基因：作为运
6、载工具，将外源基因：作为运载工具，将外源基因(抗虫基因抗虫基因抗虫基因抗虫基因)转转转转移移移移到受体细胞到受体细胞到受体细胞到受体细胞(棉花细胞棉花细胞棉花细胞棉花细胞)中去。中去。中去。中去。作用二作用二作用二作用二：利用运载体在受体细胞：利用运载体在受体细胞：利用运载体在受体细胞：利用运载体在受体细胞(棉花细胞棉花细胞棉花细胞棉花细胞)内，内，内，内，对对对对外源基因外源基因外源基因外源基因(抗虫基因抗虫基因抗虫基因抗虫基因)进行进行进行进行大量复制大量复制大量复制大量复制。第7页/共39页基因的运载工具基因的运载工具运载体：运载体：常用的运载体主要有两类：常用的运载体主要有两类：常用的
7、运载体主要有两类：常用的运载体主要有两类：1 1）细菌细胞质的）细菌细胞质的）细菌细胞质的）细菌细胞质的质粒质粒质粒质粒 2 2）噬菌体噬菌体噬菌体噬菌体或某些或某些或某些或某些动植物病毒动植物病毒动植物病毒动植物病毒第8页/共39页质粒：质粒：质粒是染色体外能够进行质粒是染色体外能够进行质粒是染色体外能够进行质粒是染色体外能够进行自主复制自主复制自主复制自主复制的遗传单位，包的遗传单位，包的遗传单位，包的遗传单位，包括真核生物的细胞器和细菌细胞中核区外的括真核生物的细胞器和细菌细胞中核区外的括真核生物的细胞器和细菌细胞中核区外的括真核生物的细胞器和细菌细胞中核区外的DNADNA分子。分子。分
8、子。分子。现在习惯上用来专指细菌、酵母菌和放线菌等生物中现在习惯上用来专指细菌、酵母菌和放线菌等生物中现在习惯上用来专指细菌、酵母菌和放线菌等生物中现在习惯上用来专指细菌、酵母菌和放线菌等生物中核核核核以外的以外的以外的以外的DNADNA分子分子分子分子。质粒质粒质粒质粒是基因工程是基因工程是基因工程是基因工程最常用最常用最常用最常用的的的的运载体运载体运载体运载体。绝大多数细菌质粒都是绝大多数细菌质粒都是绝大多数细菌质粒都是绝大多数细菌质粒都是闭合环状闭合环状闭合环状闭合环状DNADNA分子分子分子分子。有的一。有的一。有的一。有的一个细菌中有一个，有的一个细菌中有多个。个细菌中有一个，有的
9、一个细菌中有多个。个细菌中有一个，有的一个细菌中有多个。个细菌中有一个，有的一个细菌中有多个。第9页/共39页大肠杆菌的质粒：大肠杆菌的质粒：最常用的质粒最常用的质粒最常用的质粒最常用的质粒是是是是大肠杆大肠杆大肠杆大肠杆菌的质粒菌的质粒菌的质粒菌的质粒，其中常含有，其中常含有，其中常含有，其中常含有抗药抗药抗药抗药基因基因基因基因，如四环素的标记基因。，如四环素的标记基因。，如四环素的标记基因。，如四环素的标记基因。质粒的质粒的质粒的质粒的存在与否对宿主细存在与否对宿主细存在与否对宿主细存在与否对宿主细胞生存没有决定性作用胞生存没有决定性作用胞生存没有决定性作用胞生存没有决定性作用，但，但，
10、但，但复制只能在宿主细胞内成复制只能在宿主细胞内成复制只能在宿主细胞内成复制只能在宿主细胞内成。第10页/共39页四个基本步骤：四个基本步骤：（三）基因操作的基本步骤（三）基因操作的基本步骤1 1）提取提取提取提取目的基因目的基因目的基因目的基因2 2）目的基因）目的基因）目的基因）目的基因与运载体结合与运载体结合与运载体结合与运载体结合3 3）将目的基因）将目的基因）将目的基因）将目的基因导入导入导入导入受体细胞受体细胞受体细胞受体细胞4 4）目的基因的）目的基因的）目的基因的）目的基因的检测检测检测检测和和和和表达表达表达表达第11页/共39页目的基因目的基因（三）基因操作的基本步骤（三）
11、基因操作的基本步骤 目的基因是人们所目的基因是人们所目的基因是人们所目的基因是人们所需要转移需要转移需要转移需要转移或或或或改造改造改造改造的基因。的基因。的基因。的基因。如苏云金芽孢杆菌的如苏云金芽孢杆菌的如苏云金芽孢杆菌的如苏云金芽孢杆菌的抗虫基因抗虫基因抗虫基因抗虫基因，还有植物的，还有植物的，还有植物的，还有植物的抗病（抗病毒、抗细菌）基因抗病（抗病毒、抗细菌）基因抗病（抗病毒、抗细菌）基因抗病（抗病毒、抗细菌）基因、种子、种子、种子、种子贮藏蛋白的贮藏蛋白的贮藏蛋白的贮藏蛋白的基因基因基因基因，以及人的，以及人的，以及人的，以及人的胰岛素基因胰岛素基因胰岛素基因胰岛素基因、干扰素基因
12、干扰素基因干扰素基因干扰素基因等。等。等。等。直接分离基因直接分离基因直接分离基因直接分离基因人工合成基因人工合成基因人工合成基因人工合成基因目的基因的提取方法目的基因的提取方法第12页/共39页（三）基因操作的基本步骤（三）基因操作的基本步骤步骤二：目的基因与运载体重组步骤二：目的基因与运载体重组 1 1）用一定的）用一定的）用一定的）用一定的限制酶切割质粒限制酶切割质粒限制酶切割质粒限制酶切割质粒，使其出，使其出，使其出，使其出现现现现一个切口一个切口一个切口一个切口，露出，露出，露出，露出黏性末端黏性末端黏性末端黏性末端。2 2）用）用）用）用同一种同一种同一种同一种限制酶限制酶限制酶限
13、制酶切断目的基因切断目的基因切断目的基因切断目的基因，使，使，使，使其产生其产生其产生其产生相同相同相同相同的的的的黏性末端黏性末端黏性末端黏性末端。3 3）将切下的目的基因片段）将切下的目的基因片段）将切下的目的基因片段）将切下的目的基因片段插入质粒插入质粒插入质粒插入质粒的的的的切口处，再加入适量切口处，再加入适量切口处，再加入适量切口处，再加入适量DNADNA连接酶连接酶连接酶连接酶，形成了，形成了，形成了，形成了一个一个一个一个重组重组重组重组DNADNA分子分子分子分子（重组质粒）（重组质粒）（重组质粒）（重组质粒）目的基因与运载体的结合过程，实目的基因与运载体的结合过程，实目的基因
14、与运载体的结合过程，实目的基因与运载体的结合过程，实际上是不同来源的际上是不同来源的际上是不同来源的际上是不同来源的基因重组的过程基因重组的过程基因重组的过程基因重组的过程。第13页/共39页（三）基因操作的基本步骤（三）基因操作的基本步骤常用的受体细胞：常用的受体细胞：有大肠杆菌、枯草杆菌、土壤农杆菌、有大肠杆菌、枯草杆菌、土壤农杆菌、酵母菌和动植物细胞等。酵母菌和动植物细胞等。将目的基因导入受体细胞的原理将目的基因导入受体细胞的原理借鉴借鉴细菌或病毒侵染细胞细菌或病毒侵染细胞的途径。的途径。步骤三：目的基因导入受体细胞步骤三：目的基因导入受体细胞第14页/共39页（三）基因操作的基本步骤（
15、三）基因操作的基本步骤步骤四：目的基因的检测和表达步骤四：目的基因的检测和表达四环素四环素抗性基因抗性基因氨苄青霉氨苄青霉素抗性基因素抗性基因第15页/共39页 不能，受体细胞必须表现出特定的性状，才能不能，受体细胞必须表现出特定的性状，才能不能，受体细胞必须表现出特定的性状，才能不能，受体细胞必须表现出特定的性状，才能说明目的基因完成了说明目的基因完成了说明目的基因完成了说明目的基因完成了表达表达表达表达。（三）基因操作的基本步骤（三）基因操作的基本步骤受体细胞摄入受体细胞摄入受体细胞摄入受体细胞摄入DNADNA分子后就说明目的基因完成了分子后就说明目的基因完成了分子后就说明目的基因完成了分
16、子后就说明目的基因完成了表达吗？表达吗？表达吗？表达吗？若不能表达，要若不能表达，要若不能表达，要若不能表达，要对抗虫基因再进对抗虫基因再进对抗虫基因再进对抗虫基因再进行行行行修饰修饰修饰修饰。第16页/共39页二、基因工程的应用二、基因工程的应用运用基因工程技术，不但可以培养优质、高产、运用基因工程技术，不但可以培养优质、高产、抗性好的农作物及畜、禽新品种，还可以培养出具有抗性好的农作物及畜、禽新品种，还可以培养出具有特殊用途的动、植物。特殊用途的动、植物。生长快、耐不良环境、肉生长快、耐不良环境、肉质好的转基因鱼质好的转基因鱼(中国中国)乳汁中含有人生长激素乳汁中含有人生长激素的转基因牛的
17、转基因牛(阿根廷阿根廷)1 1、基因工程与作物育种、基因工程与作物育种第17页/共39页转黄瓜抗青枯病基因的甜椒转黄瓜抗青枯病基因的甜椒转鱼抗寒基转鱼抗寒基因的番茄因的番茄转黄瓜抗青枯病基因的马铃薯转黄瓜抗青枯病基因的马铃薯不会引起过敏的转基因大豆不会引起过敏的转基因大豆第18页/共39页转基因龙胆花色奇异转基因蓝猪耳改变花色转基因牵牛花改变了花色第19页/共39页A：紫外光照射下的转：紫外光照射下的转绿色荧光蛋白的绿色荧光蛋白的 Eustoma(Lisianthus)花。花。B：转没有绿色荧光：转没有绿色荧光蛋白的空质粒的花，蛋白的空质粒的花，第20页/共39页会发光的转基因鱼第21页/共3
18、9页导入贮藏蛋白基因的超级羊和超级小鼠导入贮藏蛋白基因的超级羊和超级小鼠导入人基因具特殊用途的猪和小鼠导入人基因具特殊用途的猪和小鼠超级超级动物动物特殊特殊动物动物图为图为20012001年年1212月底出月底出生的生的5 5只可爱的转基因只可爱的转基因克隆小猪。据培育者克隆小猪。据培育者英国英国PPLPPL医疗公司称，医疗公司称，这些转基因小猪将为这些转基因小猪将为研究和研究和“生产生产”适用适用于人体移植手术使用于人体移植手术使用的动物器官提供巨大的动物器官提供巨大的帮助。的帮助。第22页/共39页首只转基因猴诞生，人类未来忧喜参半第23页/共39页2 2、2002 2002年，中国转基因
19、棉花达到年，中国转基因棉花达到150150万公顷，万公顷，已经占到棉花产量的已经占到棉花产量的1 13.3.我国大豆食用油近七成是我国大豆食用油近七成是“转基因转基因”产品产品 与与杂杂交交育育种种、诱诱变变育育种种相相比比较较，基基因因工工程程育育种的优点有哪些？种的优点有哪些？目的性强、克服远源杂交不亲和性、育种周期短目的性强、克服远源杂交不亲和性、育种周期短第24页/共39页 19931993年我国科学工作者培育成的抗棉铃虫的转基因抗虫棉，其抗虫基因来源于（）A A、普通棉花的基因突变B B、棉铃虫变异形成的致死基因C C、寄生在棉铃虫体内的线虫D D、苏云金芽孢杆菌体内的抗虫基因D D
20、第25页/共39页2 2、基因工程与药物研制、基因工程与药物研制我国生产的部分基因我国生产的部分基因工程疫苗和药物工程疫苗和药物第26页/共39页1 1、微生物基因工程、微生物基因工程：即把目的基因导入大肠杆即把目的基因导入大肠杆菌等菌中，通过微生物表达目的基因的产物。菌等菌中，通过微生物表达目的基因的产物。2 2、细胞基因工程、细胞基因工程：即用哺乳动物细胞株表达目即用哺乳动物细胞株表达目的产物的产物3 3、转基因动物、转基因动物：即将目的基因直接导入鼠、兔、即将目的基因直接导入鼠、兔、羊和猪体内，使目的基因在哺乳动物体内表达，羊和猪体内，使目的基因在哺乳动物体内表达，从儿获得目的产物从儿获
21、得目的产物第27页/共39页产品名称菌株或细胞 应用人胰岛素大肠杆菌人生长激素大肠杆菌表皮生长因子大肠杆菌白细胞介素-2大肠杆菌a干扰素酵母菌乙型肝炎疫苗酵母菌溶血栓剂哺乳动物细胞治疗糖尿病治疗糖尿病治疗生长缺陷症治疗生长缺陷症治疗烫伤、胃溃疡治疗烫伤、胃溃疡治疗某些癌症治疗某些癌症治疗癌症或病毒感染治疗癌症或病毒感染预防病毒性肝炎预防病毒性肝炎治疗心血管病（心脏病）治疗心血管病（心脏病）第28页/共39页胰岛素是治疗糖尿病的特效胰岛素是治疗糖尿病的特效药，长期以来只能依靠从猪、牛药，长期以来只能依靠从猪、牛等动物的胰腺中提取，等动物的胰腺中提取，100Kg100Kg胰腺胰腺只能提取只能提取4
22、-5g4-5g的胰岛素，其产量的胰岛素，其产量之低和价格之高可想而知。之低和价格之高可想而知。将合成的胰岛素基因将合成的胰岛素基因导入大肠杆菌，每导入大肠杆菌，每2000L2000L培养液就能产生培养液就能产生100g100g胰岛胰岛素！大规模工业化生产不素！大规模工业化生产不但解决了这种比黄金还贵但解决了这种比黄金还贵的药品产量问题，还使其的药品产量问题，还使其价格降低了价格降低了30%-50%!30%-50%!第29页/共39页干扰素治疗病毒感染简直干扰素治疗病毒感染简直是是“万能灵药万能灵药”！过去从人血！过去从人血中提取，中提取，300L300L血才提取血才提取1mg1mg！其其“珍贵
23、珍贵”程度自不用多说。程度自不用多说。人造血液、白细胞人造血液、白细胞介素、乙肝疫苗等通过介素、乙肝疫苗等通过基因工程实现工业化生基因工程实现工业化生产，均为解除人类的病产，均为解除人类的病苦，提高人类的健康水苦，提高人类的健康水平发挥了重大的作用。平发挥了重大的作用。人造血液及其生产人造血液及其生产第30页/共39页2、不属于基因工程方法生产的药物是（）A、干扰素 B、白细胞介素C、青霉素 D、乙肝疫苗 C C第31页/共39页3 3、基因工程与环境保护、基因工程与环境保护环境监测：环境监测：基因工程做成的基因工程做成的DNADNA探针能够十分灵敏地检探针能够十分灵敏地检测环境中的病毒、细菌
24、等污染。测环境中的病毒、细菌等污染。1t1t水中只有水中只有1010个病毒也能被个病毒也能被DNADNA探针检测出来探针检测出来第32页/共39页利用基因工程培育的利用基因工程培育的“指示生物指示生物”能十分能十分灵敏地反映环境污染的情况，却不易因环境污灵敏地反映环境污染的情况，却不易因环境污染而大量死亡，甚至还可以吸收和转化污染物。染而大量死亡，甚至还可以吸收和转化污染物。第33页/共39页环境污染治理：环境污染治理：基因工程做成的基因工程做成的“超级细菌超级细菌”能吞食和分解多种能吞食和分解多种污染环境的物质。污染环境的物质。通常一种细菌只能分解石油中的一种烃类，用基因通常一种细菌只能分解
25、石油中的一种烃类，用基因工程培育成功的工程培育成功的“超级细菌超级细菌”却能分解石油中的多种烃却能分解石油中的多种烃类化合物。有的还能吞食转化汞、镉等重金属，分解类化合物。有的还能吞食转化汞、镉等重金属，分解DDTDDT等毒害物质等毒害物质。第34页/共39页 2006 2006年年3 3月月1414日日绿色和平组织发布消息绿色和平组织发布消息,称称亨氏营养米粉含有转亨氏营养米粉含有转BtBt基因抗虫水稻成分。基因抗虫水稻成分。那么转基因食品到底安全吗？什么样的转基因那么转基因食品到底安全吗？什么样的转基因食品才能上市？如何面对市场上的转基因食品呢？食品才能上市？如何面对市场上的转基因食品呢？
26、第35页/共39页1 1、转基因生物可能对人体健康产生不利影响，严、转基因生物可能对人体健康产生不利影响，严重的可以致癌和其他疾病重的可以致癌和其他疾病。2 2、转基因生物可能对环境质量、生态系统或生态、转基因生物可能对环境质量、生态系统或生态系统的稳定性产生不利影响系统的稳定性产生不利影响。3 3、基因武器可能给人类带来毁灭性的危险、基因武器可能给人类带来毁灭性的危险。第36页/共39页1 1）以下说法正确的是）以下说法正确的是）以下说法正确的是）以下说法正确的是 （）A A、所有的限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列、所有的限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列、所有的限制酶只能识别一种特定的核
27、苷酸序列、所有的限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列 B B、质粒是基因工程中唯一的运载体、质粒是基因工程中唯一的运载体、质粒是基因工程中唯一的运载体、质粒是基因工程中唯一的运载体 C C、运运运运载载载载体体体体必必必必须须须须具具具具备备备备的的的的条条条条件件件件之之之之一一一一是是是是：具具具具有有有有多多多多个个个个限限限限制制制制酶酶酶酶切切切切点点点点，以以以以便便便便与与与与外源基因连接外源基因连接外源基因连接外源基因连接 D D、基因控制的性状都能在后代表现出来、基因控制的性状都能在后代表现出来、基因控制的性状都能在后代表现出来、基因控制的性状都能在后代表现出来C练习练习2 2
28、）有关基因工程的叙述正确的是）有关基因工程的叙述正确的是）有关基因工程的叙述正确的是）有关基因工程的叙述正确的是 （）A A、限制酶只在获得目的基因时才用、限制酶只在获得目的基因时才用、限制酶只在获得目的基因时才用、限制酶只在获得目的基因时才用 B B、重组质粒的形成在细胞内完成、重组质粒的形成在细胞内完成、重组质粒的形成在细胞内完成、重组质粒的形成在细胞内完成 C C、质粒都可作为运载体、质粒都可作为运载体、质粒都可作为运载体、质粒都可作为运载体 D D、蛋白质的结构可为合成目的基因提供资料、蛋白质的结构可为合成目的基因提供资料、蛋白质的结构可为合成目的基因提供资料、蛋白质的结构可为合成目的
29、基因提供资料D第37页/共39页3 3）有关基因工程的叙述中，错误的是（）有关基因工程的叙述中，错误的是（）有关基因工程的叙述中，错误的是（）有关基因工程的叙述中，错误的是（）A A、DNADNA连接酶将黏性末端的碱基对连接起来连接酶将黏性末端的碱基对连接起来连接酶将黏性末端的碱基对连接起来连接酶将黏性末端的碱基对连接起来 B B、限制性内切酶用于目的基因的获得限制性内切酶用于目的基因的获得限制性内切酶用于目的基因的获得限制性内切酶用于目的基因的获得 C C、目的基因须由运载体导入受体细胞、目的基因须由运载体导入受体细胞、目的基因须由运载体导入受体细胞、目的基因须由运载体导入受体细胞 D D、人工合成目的基因不用限制性内切酶人工合成目的基因不用限制性内切酶人工合成目的基因不用限制性内切酶人工合成目的基因不用限制性内切酶A第38页/共39页感谢您的观看！第39页/共39页